JP5038565B2

JP5038565B2 - セラミックス回路基板およびその製造方法

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Publication number: JP5038565B2
Application number: JP2001281786A
Authority: JP
Inventors: 隆之那波; 山口　　晴彦
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2002171037A; US20020060091A1; US6569514B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックス回路基板およびその製造方法に係り、特に耐熱サイクル特性、曲げ強度特性および放熱性を改良したセラミックス回路基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、所定の配線パターン形状に形成した金属回路板をセラミックス基板上に、直接接合したり、活性金属を含有するろう材層を介してセラミックス基板上に一体に接合したセラミックス回路基板またはセラミックス基板表面に一体に接合した金属板をエッチングによりパターニングして形成したセラミックス回路基板が各種電子機器や半導体装置に広く使用されている。
【０００３】
特に発熱量が大きい高出力半導体素子を搭載するパワートランジスタに用いられるセラミックス回路基板においては、回路基板全体の放熱性を良好にするため、セラミックス基板としては、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いる一方、金属回路板としては同じく高熱伝導率を有する銅（Ｃｕ）などの金属板が使用されている。
【０００４】
上記セラミックス回路基板は、例えばＡｌ_２Ｏ_３やＡｌＮなどのセラミックス焼結体基板表面に銅などの金属から成る回路板等を直接配置した状態で加熱し、加熱によって発生する金属成分と酸素との共晶化合物を接合材としてセラミックス基板表面に銅などの金属板を直接強固に接合するＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー法）やＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ペーストなど活性金属を含有した接合用ろう材を介してセラミックス基板と回路板とを一体に接合する活性金属法などによって製造されていた。
【０００５】
上記のように熱伝導性および電気伝導性に優れた銅により回路板を形成しているため、回路動作の遅延が減少するとともに回路配線の寿命も向上する。また半田等の接合材料に対する濡れ性が向上し、セラミックス焼結体表面に半導体素子（ＩＣチップ）や電極板を高い接合強度で接合することができ、その結果、半導体素子からの発熱の放散性や素子の動作信頼性を良好に保つことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記セラミックス回路基板のうち、Ａｌ_２Ｏ_３基板またはＳｉ_３Ｎ_４基板を使用した回路基板においては、基板の熱伝導率が低いために良好な放熱性が得られず、半導体素子の高密度集積化および高出力化に伴う放熱対策に充分対応できない問題点があった。
【０００７】
また、セラミックス基板として熱伝導率が低い窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４）基板を用いる場合には、その熱抵抗を低減するために薄くする必要があり、従来からＳｉ_３Ｎ_４原料粉末をプレス成形して得た成形体を焼結後、長時間の研磨処理を施して所定の薄い厚さまで加工していた。そのため、Ｓｉ_３Ｎ_４基板に研磨痕が発生したり、研磨作業によって付加された衝撃力によって基板表面部が部分的に脱落し、多数の脱粒痕を生じる場合があり、これらの研磨痕や脱粒痕が回路基板の抗折強度、耐熱サイクル特性や耐電圧特性に悪影響を及ぼす問題点もあった。
【０００８】
上記のような窒化けい素基板をセラミックス基板として用いた従来の回路基板においては、金属回路板の高い接合強度および耐熱サイクル特性は得られている反面、セラミックス基板の研磨痕のために曲げ強度が低くなる上に、基板の表裏間における耐電圧特性が十分に技術的要求を満足するまでには至っていない。また、高い抗折荷重を実現するために窒化けい素基板の厚さを増大させると、回路基板全体の放熱性が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
さらにＡｌＮ基板を使用した場合には、熱伝導率が高く充分な放熱性が得られるが、ＡｌＮ基板自体の強度が低いため、繰り返して作用する熱負荷によってクラックが生じ易く、いわゆる耐熱サイクル性が悪いという問題点があった。その結果、使用中に繰り返し作用する熱負荷によって金属回路板が剥離して放熱性が急減し、電子機器の動作信頼性が低下する問題点があった。
【００１０】
また従来のセラミックス基板を使用した回路基板においては、その構造強度をある程度確保するためにセラミックス基板の厚さを大きく設定する必要があり、電子機器の高密度実装化に対する障害となっていた。
【００１１】
また厚さが大きいセラミックス基板を使用した回路基板は靭性に乏しく撓みにくいため、例えばこの回路基板にＩＣチップを接合しパッケージに収容してモジュール化した後に、電子機器の実装用ボードにねじ止めする場合、ねじ込み時にセラミックス基板に作用する曲げ応力によってセラミックス回路基板に割れ等の不良が発生し易く、電子機器の製造歩留りが低下し、回路基板の信頼性や耐久性が低下してしまうという問題点もあった。
【００１２】
このようにセラミックス回路基板には、従来から金属回路板の高い接合強度や回路基板全体としての高い放熱性を有することが技術上の要求となっていたが、近年の半導体素子の高密度集積化および高出力化がさらに進展するに及んで、さらなる過酷な熱サイクルや大きな曲げ荷重が負荷された場合にも、セラミックス基板が破壊されずに大きく撓むような高い曲げ強度（抗折強度）特性も希求されている。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、特に放熱性を損なうことなく、耐熱サイクル特性および曲げ強度特性が良好であり、信頼性が高いセラミックス回路基板を提供し、さらにそのような回路基板を低コストで量産できる製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を達成するため、セラミックス回路基板およびヒーター基板のアセンブリー時や使用時に割れや欠けが発生する原因について調査し、その対応策を検討した。その結果、回路基板を構成するセラミックス基板の表面粗さの異方性がその抗折強度に大きな影響を及ぼすことが判明し、さらにセラミックス基板の表面粗さの異方性を所定値以下に低減することにより、セラミックス基板の抗折強度を向上させることができ、そのセラミックス基板を使用することにより割れの発生が少なく、絶縁耐圧性および信頼性が高い回路基板が初めて実現するという知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。
【００１５】
すなわち本発明に係るセラミックス回路基板は、厚さが０．７ｍｍ以下であるセラミックス基板と、このセラミックス基板の少なくとも一方の主面に接合された金属回路部とを具備するセラミックス回路基板において、上記セラミックス基板の任意の一方向の表面粗さを算術平均粗さ基準でＲａ１とする一方、その方向と直交する方向の表面粗さをＲａ２としたときに、Ｒａ１／Ｒａ２またはＲａ２／Ｒａ１の比の値が１．５以下であると共に、上記セラミックス基板の両面にそれぞれ電極を配置し、この電極間に毎分１０ＫＶの電圧上昇速度で交流電圧を印加したとき、１０ｐＣ（ピコクーロン）の部分放電開始電圧である絶縁耐圧が２０ｋＶ／ｍｍ以上であり、上記セラミックス基板表面に、直径１μｍ以上の脱粒痕が存在しないと共に、上記金属回路部が金属板から成り、この金属板の接合強度が１２ｋＮ／ｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記セラミックス基板が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する窒化けい素焼結体で構成することが好ましい。
【００１７】
さらに、上記セラミックス回路基板において、前記金属回路部は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，ＡｌおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介して前記セラミックス基板に接合されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記金属回路部が金属板から成り、この金属板の接合強度が１２ｋＮ／ｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記セラミックス基板の厚さが０．７ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記セラミックス基板の厚さが０．４ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、前記セラミックス基板の表面粗さ（Ｒａ１，Ｒａ２）が０．６μｍ以下であることが好ましい。前記セラミックス基板表面に、直径１μｍ以上の脱粒痕が存在しないことが望ましい。
【００２０】
一方、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、厚さが０．７ｍｍ以下であるセラミックス基板と、このセラミックス基板の少なくとも一方の主面に接合された金属回路部とを具備するセラミックス回路基板であり、上記セラミックス基板の任意の一方向の表面粗さを算術平均粗さ基準でＲａ１とする一方、その方向と直交する方向の表面粗さをＲａ２としたときに、Ｒａ１／Ｒａ２またはＲａ２／Ｒａ１の比の値が１．５以下であると共に、上記セラミックス基板の両面にそれぞれ電極を配置し、この電極間に毎分１０ＫＶの電圧上昇速度で交流電圧を印加したとき、１０ｐＣ（ピコクーロン）の部分放電開始電圧である絶縁耐圧が２０ｋＶ／ｍｍ以上であり、上記セラミックス基板表面に、直径１μｍ以上の脱粒痕が存在しないと共に、上記金属回路部が金属板から成り、この金属板の接合強度が１２ｋＮ／ｍ以上であるセラミックス回路基板の製造方法において、
上記セラミックス基板にホーニング圧力０．０５〜０．５ＭＰａの範囲で砥粒を吹きつけることにより焼結面をホーニング処理する工程と、ホーニング処理により付着した砥粒片を除去する工程と、ホーニング処理面に金属回路部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また上記製造方法において、前記ホーニング処理により付着した砥粒片を除去する工程が超音波洗浄であることが好ましい。また、前記セラミックス基板には研磨加工を施さないことを特徴とする。
【００２２】
本発明の回路基板のセラミックス基板を構成する材料は、特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物系セラミックス焼結体、窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの窒化物系セラミックス焼結体、などが使用できる。特に窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４）は他のセラミックス焼結体と比較して本来的に高い曲げ強度を有し、また熱抵抗を減少させるために薄く形成することが可能であるため、本発明のセラミックス回路基板の構成材料として好適である。
【００２３】
具体的には、本出願人に係る先行出願である特開２０００−３４１７２号公報に記載されているような、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性を有し、粒界相の少なくとも一部を結晶化させた高熱伝導性窒化けい素焼結体から成る窒化けい素基板を使用することが好適である。
【００２４】
上記高熱伝導性窒化けい素焼結体は、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜１７．５質量％，Ｍｇを酸化物に換算して０．３〜３．０質量％，不純物陽イオン元素としてのＡｌ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３質量％以下含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成るとともに粒界相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が２０％以上であることを特徴とする。
【００２５】
さらに上記高熱伝導性窒化けい素焼結体の製造方法は、酸素を１．７質量％以下、不純物陽イオン元素としてのＡｌ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３質量％以下、α相型窒化けい素を９０質量％以上含有し、平均粒径１．０μｍ以下の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜１７．５質量％，Ｍｇを酸化物に換算して０．３〜３．０質量％と、必要に応じてＣａおよびＳｒの少なくとも一方を酸化物に換算して１．５質量％以下添加した原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体を脱脂後、温度１７００〜１９００℃で常圧焼結または雰囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類元素により焼結時に形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下にして徐冷することを特徴とする。
【００２６】
上記製造方法において使用され、焼結体の主成分となる窒化けい素粉末としては、焼結性、強度および熱伝導率を考慮して、酸素含有量が１．７質量％以下、好ましくは０．５〜１．５質量％、Ａｌ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素含有量が合計で０．３質量％以下、好ましくは０．２質量％以下に抑制されたα相型窒化けい素を９０質量％以上、好ましくは９３質量％以上含有し、平均粒径が１．０μｍ以下、好ましくは０．４〜０．８μｍ程度の微細な窒化けい素粉末を使用することができる。
【００２７】
平均粒径が１．０μｍ以下の微細な原料粉末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気孔率が２．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれも減少する。
【００２８】
またＡｌ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂの不純物陽イオン元素も熱伝導性を阻害する物質となるため、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を確保するためには、上記不純物陽イオン元素の含有量は合計で０．３質量％以下とすることにより達成可能である。特に同様の理由により、上記不純物陽イオン元素の含有量は合計で０．２質量％以下とすることが、さらに好ましい。ここで通常の窒化けい素焼結体を得るために使用される窒化けい素粉末には、特にＦｅ，Ａｌが比較的に多く含有されているため、Ｆｅ，Ａｌの合計量が上記不純物陽イオン元素の合計含有量の目安となる。
【００２９】
さらに、β相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化けい素を９０質量％以上含有する窒化けい素原料粉末を使用することにより、高密度の焼結体を製造することができる。
【００３０】
また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として添加する希土類元素としては、Ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｓｍ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、または２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい。これらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相を生成し、焼結促進剤として機能する。
【００３１】
上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原料粉末に対して２．０〜１７．５質量％の範囲とする。この添加量が２．０質量％以下の場合は、焼結体の緻密化あるいは高熱伝導化が不十分であり、特に希土類元素がランタノイド系元素のように原子量が大きい元素の場合には、比較的低強度で比較的に低熱伝導率の焼結体が形成される。一方、添加量が１７．５質量％を超える過量となると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の低下や強度が低下し始めるので上記範囲とする。特に同様の理由により３〜１５質量％とすることが望ましい。
【００３２】
また上記焼結体において、添加成分として使用するマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物（ＭｇＯ）は、上記希土類元素の焼結促進剤としての機能を促進し低温での緻密化を可能にすると共に、結晶組織において粒成長を制御する機能を果し、Ｓｉ_３Ｎ_４焼結体の機械的強度を向上させるものである。また、焼結時にα−Ｓｉ_３Ｎ_４原料からβ−Ｓｉ_３Ｎ_４へ変化する転移温度を低下させ、焼結上がり面の表面粗さを小さくし、さらに焼結体表面に存在する気孔サイズも低減させ、また焼結上がり面の強度も増加させる効果を発揮するものである。このＭｇの添加量が酸化物換算で０．３質量％未満の場合においては添加効果が不充分である一方、３．０質量％を超える過量となる場合には熱伝導率の低下が起こるため、添加量は０．３〜３．０質量％の範囲とする。特に０．５〜２質量％とすることが望ましい。
【００３３】
また上記Ｓｉ_３Ｎ_４焼結体において、選択的な添加成分として、Ｈｆを所定量添加してもよい。このＨｆは酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼化物として添加され、これらの化合物は、上記希土類元素の焼結促進剤としての機能を促進すると共に、粒界相の結晶化も促進する機能を果しＳｉ_３Ｎ_４焼結体の熱伝導率と機械的強度とを向上させるものである。このＨｆの添加量が酸化物換算で０．３質量％未満の場合においては添加効果が不充分である一方、３．０質量％を超える過量となる場合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の低下が起こるため、添加量は０．３〜３．０質量％の範囲とする。
【００３４】
さらに上記焼結体において、他の添加成分としてのＣａ，Ｓｒの酸化物（ＣａＯ，ＳｒＯ）を所定量添加してもよい。これらの酸化物は、上記希土類元素の焼結促進剤としての機能を助長する役目を果すものであり、特に常圧焼結を行なう場合に著しい効果を発揮するものである。このＣａＯ，ＳｒＯの合計添加量が０．１質量％未満の場合においては、より高温度での焼結が必要になる一方、１．５質量％を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成し熱伝導の低下が起こるため、添加量は１．５質量％以下、好ましくは０．１〜１．０質量％の範囲とする。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保するためには添加量を０．１〜０．７５質量％の範囲とすることが望ましい。
【００３５】
また上記焼結体において、他の添加成分として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗを所定量添加してもよい。これらの元素は、酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼化物として添加され、これらの化合物は、上記希土類元素の焼結促進剤としての機能を促進すると共に、結晶組織において分散強化の機能を果しＳｉ_３Ｎ_４焼結体の機械的強度を向上させるものであり、特に、Ｔｉ，Ｍｏの化合物が好ましい。これらの化合物の添加量が酸化物換算で０．１質量％未満の場合においては添加効果が不充分である一方、１．５質量％を超える過量となる場合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の低下が起こるため、添加量は０．１〜１．５質量％の範囲とする。特に０．２〜１．０質量％とすることが望ましい。
【００３６】
また上記Ｔｉ，Ｍｏ等の化合物は窒化けい素焼結体を黒色系に着色し不透明性を付与する遮光剤としても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生じ易い集積回路等を搭載する回路基板を上記焼結体から製造する場合には、上記Ｔｉ等の化合物を適正に添加し、遮光性に優れた窒化けい素基板とすることが望ましい。
【００３７】
また焼結体の気孔率は熱伝導率および強度に大きく影響するため２．５％以下となるように製造する。気孔率が２．５％を超えると熱伝導の妨げとなり、焼結体の熱伝導率が低下するとともに、焼結体の強度低下が起こる。
【００３８】
また、窒化けい素焼結体は組織的に窒化けい素結晶と粒界相とから構成されるが、粒界相中の結晶化合物相の割合は焼結体の熱伝導率に大きく影響し、本発明で使用する窒化けい素焼結体においては粒界相の２０％以上とすることが必要であり、より好ましくは５０％以上が結晶相で占めることが望ましい。結晶相が２０％未満では熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるような放熱特性に優れ、かつ機械的強度に優れた焼結体が得られないからである。
【００３９】
さらに上記のように窒化けい素焼結体の気孔率を２．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に形成される粒界相の２０％以上が結晶相で占めるようにするためには、窒化けい素成形体を温度１７００〜１９００℃で２〜１０時間程度、常圧焼結または加圧焼結し、かつ焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下にして徐冷することが重要である。
【００４０】
焼結温度を１７００℃未満とした場合には、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が２．５ｖｏｌ％以上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してしまう。一方焼結温度が１９００℃を超えると窒化けい素成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではなく、常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より窒化けい素の分解蒸発が始まる。
【００４１】
上記焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子であり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相として粒界相に占める割合が２０％未満となり、強度および熱伝導性が共に低下してしまう。
【００４２】
上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲は、所定の焼結温度（１７００〜１９００℃）から、前記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するまでの温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下に制御することにより、粒界相の２０％以上、特に好ましくは５０％以上が結晶相になり、熱伝導率および機械的強度が共に優れた焼結体が得られる。
【００４３】
なお、上記冷却速度があまりに遅いと製造時間が必要以上に長くなることから、冷却速度は毎時１０〜１００℃の範囲が好ましい。このような冷却速度においては粒界相中の結晶相の割合を２０％以上、さらには２０〜９５％にすることが可能である。
【００４４】
上記製法によって製造された窒化けい素焼結体は気孔率が２．５％以下、７０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５℃）以上さらには８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、また抗折強度が常温で６００ＭＰａ以上と機械的特性にも優れている。
【００４５】
特に上記焼結体においては、希土類元素に加えて所定量のＭｇやＨｆを添加しているため、焼結体の高強度化がさらに進行し、焼結上がり面の表面粗さが小さくなり、また表面に存在する気孔のサイズも減少し、焼結上がり面の強度が向上する。そのため、窒化けい素焼結体にダイヤモンド砥石を固定した回転砥石を用いた研磨加工を施さなくても、表面粗さの異方性が少ない窒化けい素焼結体が効率的に得られる。
【００４６】
従来、上記のような窒化けい素焼結体等から成るセラミックス基板表面の表面粗さについては、基板に接合する金属回路板や発熱抵抗体の接合強度の観点から研究されていた経緯はあるが、その表面粗さの異方性の影響については検討されていなかった。
【００４７】
これに対して本願発明では、セラミックス基板の表面粗さの異方性を所定値以下に低減することにより、顕著な効果を得ている。具体的には、セラミックス基板の任意の一方向の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）基準でＲａ１とし、その方向と角度が９０度異なる直交する方向の表面粗さをＲａ２とした場合にＲａ１／Ｒａ２またはＲａ２／Ｒａ１の比の値を１．５以下にすることにより、表面粗さの異方性に起因する影響を解消でき、どの方向から回路基板に曲げモーメントが作用した場合においても割れが発生することがなく、セラミックス基板の抗折強度を向上させる効果を得ている。
【００４８】
本発明で規定する表面粗さ（Ｒａ）は、日本工業規格（ＪＩＳ）のＢ０６０１に準拠する算術平均粗さである。上記セラミックス基板の表面粗さの異方性を測定する場合は、図４に示すようにセラミックス基板１２の任意の測定点Ａにおいて、一方向の表面粗さＲａ１を測定するとともに、それと直交する方向の表面Ｒａ２を測定する操作を、セラミックス基板２の表面全域に亘って５点以上の測定点について繰り返し、その平均値を求める。
【００４９】
上記直交する二方向の表面粗さ（Ｒａ）の比Ｒａ１／Ｒａ２またはＲａ２／Ｒａ１の値が１．５を超える場合には、セラミックス基板に作用する応力の方向によっては脆弱な部位が形成されてしまうため、セラミックス基板の抗折強度の改善効果が不十分であり、割れ等の不良が発生し易くなる。したがって、上記表面粗さの比率は１．５以下とされるが１．２以下が好ましく、さらに１．１以下がより好ましい。
【００５０】
また、セラミックス基板の表面粗さ（Ｒａ）が過度に大きい場合には、その粗面部を起点にしてファインクラックを発生し易くなり、また粗面部の谷部分が、いわゆる切欠きとして作用して割れを発生し易くなる。そのため、セラミックス基板の表面粗さは、裏面および表面ともに０．６μｍ以下とすることが好ましい。
【００５１】
さらに本発明において用いられるセラミックス基板の厚さが０．７ｍｍ以下であることが望ましい。また、セラミックス基板が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する窒化けい素焼結体で構成することが好ましい。
【００５２】
本発明者が実施した実験および熱抵抗シミュレーションによって次のような知見が得られている。すなわち、厚さが０．３ｍｍの銅板から成る金属回路板をセラミックス基板に接合してパワーモジュール用セラミックス回路基板を調製した場合に、従来から用いられている熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・ＫであるＡｌＮ基板の厚さを０．８ｍｍに設定したときの熱抵抗値と、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・ＫであるＳｉ_３Ｎ_４基板の厚さを０．４ｍｍと薄くした場合の熱抵抗値とがほぼ同等であることが確認されている。
【００５３】
したがって、特にセラミックス基板としてＳｉ_３Ｎ_４基板を用いる場合には、その厚さを０．４ｍｍ以下にすることが、熱抵抗値を低減する観点から好ましい。
【００５４】
本発明で使用するセラミックス基板は、セラミックス原料粉末と焼結助剤との混合体を、ドクターブレード法などのシート成形法や押出し成形法などを利用して所望の薄い厚さとなるようにシート成形体とし、しかる後に脱脂、焼結するだけで厚さを制御する製造方法で調製される。
【００５５】
特に、ドクターブレード法を利用すれば焼結後に研磨加工を施さなくともセラミックス基板の表面粗さ（Ｒａ）を０．６μｍ以下に制御することが容易である。なお、本発明においては実質的に研磨加工を施さないセラミックス基板を使用することを特徴としているが、焼結時に基板に付着した敷粉等を除去するためにホーニング加工などの衝撃力が少ない表面処理を実施する。したがって、本発明に係る回路基板の説明において使用する「研磨加工」にはホーニング加工は含まれないものとする。
【００５６】
ホーニング処理は微細な砥粒を空気などの加圧流体で対象物表面に吹き付けて表面を仕上げる操作である。上記ホーニング処理をセラミックス基板について実施することにより、焼結時にセラミックス基板表面に付着していたＢＮ等の敷粉や焼結カスを効果的に除去することができる。
【００５７】
上記ホーニング処理で使用する砥粒としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），ジルコニア（ＺｒＯ_２），炭化けい素（ＳｉＣ），窒化ほう素（ＢＮ）などの焼結体粒子やガラスビーズが使用される。また砥粒の粒径（番手）は＃１００以上，好ましくは＃２００〜＃４００のものが好ましい。
【００５８】
また砥粒の吹出し圧力（ホーニング圧力）は０．０５〜０．５ＭＰａの範囲が好ましい。ホーニング圧力が０．０５ＭＰａ未満の場合には、セラミックス基板に付着した焼結カス等が十分に除去できず、もしくは、完全に除去するために長時間を要する。一方、ホーニング圧力が０．５ＭＰａを超えると衝撃力が大きくなるため、セラミックス基板に反りが生じてしまう。特にセラミックス基板の厚さが０．４ｍｍ以下となるように薄い場合には、ホーニング圧力を０．０５〜０．５ＭＰａの範囲に設定することにより、上記反りの発生が効果的に防止でき、好ましい。
【００５９】
上記ホーニング処理後のセラミックス基板表面には、砥粒片や砥粒残渣が付着しているため、それらを洗浄して除去する工程が必要である。この洗浄除去法としては、樹脂製ブラシによって基板表面を払拭して砥粒片等を除去する方法でもよいが、次のような超音波洗浄によれば、微細な砥粒片まで効率的に除去できる。具体的には、水，アルコール，有機溶媒中にセラミックス基板を浸漬した状態で、０．５ＭＨｚ以上，好ましくは０．８〜１．２ＭＨｚの超音波による微振動を作用させることにより、微細な砥粒片等を迅速かつ容易に除去することができる。なお、ブラシにより砥粒片等を除去する場合、金属繊維製ブラシを使用してもよい。しかしながら、この場合、セラミックス基板表面への攻撃性が高くなるおそれがあるため、前述のように樹脂製ブラシの方がより好ましい。
【００６０】
なお、前記ホーニング処理で用いたアルミナ，ジルコニア，ＳｉＣ，ガラスビーズなどの砥粒や焼結後のＳｉ_３Ｎ_４基板は、いずれも水と反応しないため、水を洗浄液とする超音波洗浄が好適である。
【００６１】
前記ホーニング処理および超音波洗浄処理等では、いずれもセラミックス基板に作用する衝撃力が小さいため、基板に損傷を与えることが少なく好ましい。特に従来の回転砥石を使用した平面研削盤などを使用した研磨加工では、多数の脱粒痕が発生していたが、本発明方法によれば、脱粒痕は殆ど発生せず、セラミックス基板の絶縁耐圧を２０ｋＶ／ｍｍ以上にすることが可能である。
【００６２】
従来、厚さが薄いセラミックス基板を調製する場合には、原料混合体をプレス成形して得た成形体を焼結し、得られた焼結体を所定厚さまで研磨加工して製造しているため、セラミックス基板表面には、研磨痕や研磨時に作用する衝撃力によって多数の脱粒痕が不可避的に形成されていた。
【００６３】
特に金型を用いるプレス成形においては、この金型の表面粗さが成形体にそのまま転写されてしまうため、表面粗さを高度に制御管理した金型を使用しない限り、研磨加工を施こさずに基板の表面粗さ（Ｒａ）を０．６μｍ以下にすることは困難であった。
【００６４】
そして、このセラミックス基板を使用して回路基板を製造した場合、基板表面の研磨痕が形成されている方向と直交する方向に曲げモーメントが作用したときには、他の方向に曲げモーメントが作用した場合と比較して回路基板の抗折強度が低下してしまう。
【００６５】
さらに研磨加工によって生じたマイクロクラックなどの損傷部位や脱粒痕も、回路基板の抗折強度、耐熱サイクル特性に悪影響を及ぼし、さらにはセラミックス基板の表裏間の耐電圧特性を低下させる問題点も提起されている。
【００６６】
しかるに、本発明では、シート成形体を形成する段階で所定厚さに調整しており、研磨加工によってセラミックス基板の厚さを調整していないため、研磨痕や脱粒痕は殆ど形成されず、セラミックス基板表面のどの方向の表面粗さもほぼ一定となり、直交する方向の表面粗さの比の値が１．５以下となる。したがって、表面粗さの異方性による脆弱部が形成されることが少なく、いかなる方向から回路基板に曲げ応力等が作用した場合においても、抗折強度が低下せず、高い強度特性および耐久性が得られる。
【００６７】
そして、前記のようにホーニング処理や超音波洗浄処理などの表面処理を実施したセラミックス基板の表面に金属回路部を一体に形成することにより、本発明に係るセラミックス回路基板が得られる。
【００６８】
ここで上記金属回路部としては、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの導電性金属回路板で形成してもよいが、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属または銀（Ａｇ）から成るメタライズ層で形成することもできる。上記メタライズ層は、焼結後のセラミックス基板表面に、Ｗ，Ｍｏ，Ａｇを含有する金属ペーストを所定パターンで塗布した後に焼成して固化するポストファイア法に従って形成される。
【００６９】
上記金属回路部がＣｕ板，Ａｌ板などの金属回路板で形成される場合において、セラミックス基板と金属回路板との接合法については、特に限定されるものではなく、従来から汎用の銅直接接合法（ＤＢＣ法）や活性金属ろう材法が好適に使用できる。
【００７０】
なお、セラミックス基板としてＳｉ_３Ｎ_４基板やＡｌＮ基板などの非酸化物系セラミックス基板を使用し、直接接合法で回路基板を調製する場合には、上記非酸化物系セラミックス基板を予め酸化処理して厚さ０．５〜４μｍ程度の酸化物層を形成しておくことにより、セラミックス基板と金属回路板との接合強度を、より高めることができる。
【００７１】
また、活性金属法により金属回路板をセラミックス基板表面に接合する場合に使用するろう材としては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，ＡｌおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を０．５〜５質量％含有し、さらにＡｇを５５〜７５質量％とＣｕを１５〜４０質量％とを含有するＡｇ−Ｃｕ系共晶組成ろう材が好適に使用される。
【００７２】
また、上記ろう材中にＩｎおよびＳｎをそれぞれ２〜７質量％（合計で１４質量％以下）添加することにより、金属回路板の接合温度を８００℃以下に低下させることが可能であり、基板に対する熱影響を低減することができる。ここで、基板に対する熱影響は、一般にセラミックス基板と金属回路板の熱膨張差により生じるものである。そのため、接合温度が高ければ高いほど、この影響は大きくなることから接合温度を低くすることは熱影響の低減に効果的である。
【００７３】
Ａｇ−Ｃｕ系ろう材を使用する場合の接合温度は、７５０〜９００℃の範囲である。一方、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を使用する場合の接合温度は６５０℃程度である。接合時の熱処理時間は、１〜３０分間である。また、接合操作を空気中で実施すると構成材が酸化して劣化するため、接合操作は１．３３×１０^−２Ｐａ以下の真空中で実施することが好ましい。
【００７４】
上記金属回路部としての金属回路板を、上記のような活性金属法または直接接合法によってセラミックス基板に一体に接合した場合における金属回路板の接合強度（ピール強度）は１２ｋＮ／ｍ以上となり、優れた耐久性（熱サイクル特性）を有するセラミックス回路基板が得られる。
【００７５】
一方、金属回路部が、ポストファイア法によって形成されたメタライズ層である場合には、上記活性金属法等と比較してメタライズ層の接合強度は相対的に低下する。
【００７６】
上記構成に係るセラミックス回路基板およびその製造方法によれば、セラミックス基板表面の一方向の表面粗さに対する直交方向の表面粗さの比の値を１．５以下として表面粗さの異方性を低減しているため、回路基板の組立時および使用時に、どの方向から曲げ応力等が作用した場合においても、脆弱部が形成されることが少なく、セラミックス回路基板の抗折強度が向上し、アセンブリング時に割れが発生することが少なく、信頼性が高い回路基板を高い製造歩留りで安価に製造することができる。
【００７７】
また、セラミックス基板として薄い窒化けい素基板を用いることにより熱抵抗が低減され、放熱性、曲げ強度が高く、かつ耐電圧特性も十分な信頼性が高いモジュール用回路基板が得られる。特に、衝撃力が大きな研磨加工を実施しないで、表面粗さの異方性を解消しているため、セラミックス基板に脱粒痕などの発生が少なく、セラミックス基板を薄く形成した場合においても、優れた絶縁耐圧性が得られる。さらに窒化けい素基板自体の材料強度および破壊靱性値も高いため、回路基板の耐熱サイクル特性の向上を図ることも可能となる。
【００７８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について添付図面を参照し、以下の実施例に基づいて、より具体的に説明する。
【００７９】
実施例１〜６
酸素を１．３質量％、陽イオン不純物を０．１５質量％以下含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤として平均粒径０．７μｍのＹ_２Ｏ_３（酸化イットリウム）粉末５質量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）粉末１．５質量％を添加し、エチルアルコール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末混合体を調製した。次に得られた原料粉末混合体に有機バインダおよび溶剤を所定量添加して均一に混合して原料スラリーを調製した。
【００８０】
次にドクターブレード法を用い、ブレードの開口幅および原料スラリーのブレードからの押出し速度を調整しながら上記原料スラリーをシート成形し、多数のシート状成形体を製作した。次に得られた成形体を７００℃のＮ_２雰囲気ガス中において２時間脱脂した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中で常圧〜７気圧にて１８００〜１９００℃で３〜６時間保持し、緻密化焼結を実施した後に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉内温度が１５００℃まで降下するまでの間における焼結体の冷却速度が１００℃／ｈｒ（実施例１〜３，５），５０℃／ｈｒ（実施例４）および６００℃／ｈｒ（自然冷却）（実施例６）となるように調整して焼結体を冷却し、長辺長さ６０ｍｍ×短辺長さ４０ｍｍであり、表１に示す厚さを有する各実施例用の窒化けい素基板を多数調製した。
【００８１】
次に得られた各窒化けい素基板の両面について、ホーニング処理を実施した後に、砥粒片除去処理を実施した。ホーニング加工における砥粒の材質，番手，ホーニング圧力および砥粒片除去工程としての超音波洗浄（実施例１〜４，６）における溶媒，超音波周波数および樹脂ブラシ洗浄（実施例５）における溶媒等の条件は表１に示す通りである。上記ホーニング処理および砥粒片除去工程を実施することにより、各実施例用の窒化けい素基板を調製した。
【００８２】
比較例１〜３
実施例で調製した原料粉末混合体を１００ＭＰａの成形圧力でプレス成形した点、焼結後の冷却速度を１００℃／ｈｒ（比較例１，２）および５０℃／ｈｒ（比較例３）とした点以外は、実施例と同一条件で焼結処理を実施することにより、各比較例用の窒化けい素基板を調製した。
【００８３】
さらに、表１に示すように、粗大なアルミナ砥粒を用いたホーニング処理を実施することにより比較例１に係る窒化けい素基板を調製した。
【００８４】
一方、焼結体として得られた窒化けい素基板にホーニング処理および砥粒片除去処理を実施せずに、そのまま比較例２用の窒化けい素基板とした。
【００８５】
一方、焼結体として得られた窒化けい素基板の両面について平面研削盤の回転砥石を用いて表１に示す厚さとなるまで短辺方向に研磨することにより比較例３用の窒化けい素基板を調製した。
【００８６】
上記のように調製した実施例１〜５および比較例１〜３に係る窒化けい素基板では、粒界相が体積率で２０〜９５％の範囲で結晶化していた。一方、焼結後、自然冷却（炉冷）した実施例６の窒化けい素基板では粒界相の結晶化率は約１０％であった。
【００８７】
次に、上記のように調製した各窒化けい素基板表面の直交する二方向における表面粗さＲａ１およびＲａ２の平均値を、図４に示すように測定した。なお、便宜上、二方向における表面粗さＲａ１，Ｒａ２のうち、より大きい方をＲａ１とした。
【００８８】
上記のように調製した各実施例用および比較例用の窒化けい素基板の表面について、直径が１μｍ以上の脱粒痕の発生割合を顕微鏡探傷により観察計測するとともに、抗折強度を測定した。すなわち、各基板表面に縦３０μｍ×横３０μｍの単位面積領域を任意に３箇所設定し、各領域における脱粒痕の発生数の平均値を単位面積当りの個数で示している。
【００８９】
また、上記のように調製した各実施例および比較例用の窒化けい素基板について、強度特性を評価するために、三点曲げ強度試験を実施して抗折強度を測定した。すなわち各窒化けい素基板の長辺方向を一対の抗折試験用治具によって支持スパンが５０ｍｍとなるように支持した状態で表面中央上部に配置した押圧治具によって基板に押圧力を作用させ、各基板に破断を生じた時点での最大押圧力から抗折強度を算出した。各測定結果を下記表１に示す。
【００９０】
【表１】

【００９１】
上記表１に示す結果から明らかなように、セラミックス基板の両面に研磨加工を施した比較例３に係る窒化けい素基板では、脱粒痕の発生割合が多くなっている。
【００９２】
次に上記のように調製した各窒化けい素基板に種々の金属回路部を各種接合ろう材を介して接合した各実施例および比較例に係るセラミック回路基板について説明する。
【００９３】
すなわち、表２に示す組成を有する各種活性金属含有ろう材ペーストを用意し、各セラミックス基板としての窒化けい素基板の両面にスクリーン印刷した。なお、ろう材層の塗布厚さは１５〜３５μｍの範囲とした。印刷したろう材層を乾燥した後に、窒化けい素基板の表側に表２に示す厚さの金属板を配置する一方、裏側には厚さ０．２５ｍｍの金属板を配置して各積層体を調製した。
【００９４】
次に、各積層体を１．３３×１０^−２Ｐａ以下の高真空中で表２に示す熱処理温度で１０〜２０分間加熱することにより、各ろう材層を介して各金属板を窒化けい素基板に一体に接合した。なお、実施例１−２のみは、Ｗペーストを実施例１のＳｉ_３Ｎ_４基板の両面に塗布した後に、温度１８００℃で焼成して厚さ３０μｍのＷ層を形成した。しかる後に、エッチング処理することにより、各金属板をパターニングして所定の金属回路部とすることにより、各実施例および比較例に係る窒化けい素回路基板を調製した。
【００９５】
図１〜３はそれぞれ上記のように調製したセラミックス回路基板１１としての窒化けい素回路基板の構成の一例を示す平面図、断面図および底面図である。すなわち上記実施例および比較例に係る窒化けい素回路基板１１は、セラミックス基板１２としての窒化けい素基板の表面にろう材層１５を介して所定厚さの金属回路部１３としての銅回路板またはＡｌ回路板が一体に接合されている一方、窒化けい素基板１２の裏面にろう材層１５を介して厚さ０．２５ｍｍの裏金属板１４としての裏銅板または裏Ａｌ板が一体に接合されて構成される。
【００９６】
上記のように調製した各窒化けい素回路基板の耐熱サイクル特性を評価するために、下記のような熱サイクル試験（ＴＣＴ）を実施した。すなわち、各窒化けい素回路基板について、温度−４０℃で３０分間保持した後に昇温して室温（ＲＴ）で１０分間保持し、次に加熱して温度１２５℃で３分間保持した後に冷却し、室温（ＲＴ）で１０分間保持するという昇温−冷却操作を１サイクルとする熱サイクル試験を２０００回繰り返した後におけるクラックの発生割合を健全率ηとして測定した。
【００９７】
【外１】

【００９８】
【数１】

【００９９】
すなわち健全率ηが１００％であるときは、クラックの発生が皆無であることを示す一方、健全率ηが０％であるときは、基板の全面にクラックが発生したことを示すものである。健全率の測定結果を表１に示す。
【０１００】
さらに上記のように調製した各実施例および比較例に係る各セラミックス回路基板について、その電気絶縁性の良否を比較するために、下記のような部分放電試験を実施した。すなわち。各セラミックス回路基板を絶縁油（商品名：フロリナート）中に浸漬し、セラミックス基板両面に接合した金属回路板またはＷ層にそれぞれ電極を配置し、この電極間に毎分１０ＫＶの電圧上昇速度で交流電圧を印加した。そして、１０ｐＣ（ピコクーロン）の電荷量を放電する際の印加電圧を部分放電開始電圧としてそれぞれ測定し、基板の単位厚さ当りの耐電圧を算出した。また、各金属回路板の接合強度を測定した。上記測定・算出結果を下記表２に示す。
【０１０１】
【表２】

【０１０２】
上記表１および２に示す結果から明らかなように、窒化けい素基板表面の直交する二方向の表面粗さの比を１．５以下とした各実施例に係るセラミックス回路基板においては、上記比の値が１．６以上とした比較例１，３に係るセラミックス回路基板と比較して耐熱サイクル特性、曲げ強度特性および耐電圧特性が、より改善されており、優れた技術上の効果が得られることが判明した。
【０１０３】
なお、実施例６に係る回路基板においては、窒化けい素基板の熱伝導率が低いため、熱影響を受け易く、クラックの発生率が相対的に上昇した。また、参考例（１−２）に係る回路基板では、金属回路部がメタライズ層（Ｗ層）であるため、接合強度は低下した。
【０１０４】
また、絶縁耐圧は窒化けい素基板の特性によって主に決定されるため、金属回路部の接合形態による差異は少ないことが判明した。
【０１０５】
これに対し、比較例１および比較例２のようにプレス成形を経て形成した基板においては表面研磨を実施しないと表面粗さＲａを０．６μｍ以下、かつＲａ１／Ｒａ２を１．５以下にできないことが判明した。特に比較例２においては、セラミックス基板の表面処理を実施しておらず、焼結上がり面のままであったため、銅板を接合することが不可能であった。また、比較例３のように研磨加工を実施した基板についても、研磨加工の精度に異方性が表われてしまうことからＲａ１／Ｒａ２を１．５以下にすることが困難であることが判明した。さらに研磨加工を実施すると研削痕ができてしまい特性に悪影響があることが判明した。
【０１０６】
次に、ホーニング条件および超音波洗浄条件を変えた場合の実施例について説明する。
【０１０７】
実施例７〜１２
熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋであり、縦４０ｍｍ×横６０ｍｍ×厚さ０．３２ｍｍの窒化けい素焼結体に対して、表３に示す条件で表面処理としてのホーニング処理と超音波洗浄処理とを実施して各実施例用のＳｉ_３Ｎ_４基板を調製した。
なお、研磨加工は実施していない。
【０１０８】
次に各基板表面の直交する二方向における表面粗さ（Ｒａ）の比Ｒａ１／Ｒａ２の平均値を測定するとともに、基板表面の単位面積当りに発生した脱粒痕の割合を計測した。
【０１０９】
一方、質量％で７０Ａｇ−２７Ｃｕ−３Ｔｉなる組成を有するろう材を用意し、さらに上記各Ｓｉ_３Ｎ_４基板の表面側に厚さ０．３ｍｍの銅回路板を上記ろう材を介して接合する一方、裏面側に厚さ０．２５ｍｍの裏銅板を同様にろう材を介して接合することにより各実施例に係るＳｉ_３Ｎ_４回路基板を調製した。
【０１１０】
そして各回路基板について、実施例１−１と同様にして、銅回路板の接合強度および絶縁耐圧を測定して、下記表３に示す結果を得た。
【０１１１】
【表３】

【０１１２】
上記表３に示す結果から明らかなように、適正な粒径の砥粒を使用し、適正なホーニング圧力でホーニング処理した窒化けい素基板を使用した実施例７〜１０に係る回路基板においては、絶縁耐圧が２５〜３８ｋＶ／ｍｍと優れているとともに、窒化けい素基板の反り量は、いずれも０．５ｍｍ以下であった。
【０１１３】
なお、本実施例で規定する反り量は、反りを生じた基板を平面定盤等に載置した場合に基板の長手方向（本実施例では横６０ｍｍ）に延びて形成された基板と定盤との隙間の最大高さを測定したものである。
【０１１４】
また実施例９においては、ホーニング圧力が小さいため、窒化けい素基板表面に与えるダメージが少なく、絶縁耐圧を大幅に改善することが可能であった。
【０１１５】
一方、実施例１１のように粗大な粒径を有する砥粒を用いてホーニング処理を実施したり、実施例１２のように超微細な砥粒を用いてもホーニング圧力が必要以上に大きい場合には、基板表面の損傷が大きくなるため、絶縁耐圧が相対的に低下した。特に、実施例１１〜１２のように、ホーニング圧力が０．５ＭＰａを超えるように過大に設定した場合には、窒化けい素基板に３ｍｍ程度の反りが発生し、特性が低下してしまうことが確認できた。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係るセラミックス回路基板およびその製造方法によれば、セラミックス基板表面の一方向の表面粗さに対する直交方向の表面粗さの比の値を１．５以下として表面粗さの異方性を低減しているため、回路基板の組立時および使用時に、どの方向から曲げ応力等が作用した場合においても、脆弱部が形成されることが少なく、セラミックス回路基板の抗折強度が向上し、アセンブリング時に割れが発生することが少なく、信頼性が高い回路基板を高い製造歩留りで安価に製造することができる。
【０１１７】
また、セラミックス基板として薄い窒化けい素基板を用いることにより熱抵抗が低減され、放熱性、曲げ強度が高く、かつ耐電圧特性も十分な信頼性が高いモジュール用回路基板が得られる。特に、衝撃力が大きな研磨加工を実施しないで、表面粗さの異方性を解消しているため、セラミックス基板に脱粒痕などの発生が少なく、セラミックス基板を薄く形成した場合においても、優れた絶縁耐圧性が得られる。さらに窒化けい素基板自体の材料強度および破壊靱性値も高いため、回路基板の耐熱サイクル特性の向上を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミックス回路基板の一実施例の平面図。
【図２】図１に示すセラミックス回路基板の断面図。
【図３】図１に示すセラミックス回路基板の底面図。
【図４】セラミックス基板の表面および裏面における表面粗さの測定方向を示す平面図。
【符号の説明】
１１セラミックス回路基板（窒化けい素回路基板）
１２セラミックス基板（窒化けい素基板）
１３金属回路部（銅回路板，Ｗ層，Ａｌ回路板）
１４裏金属板（裏銅板）
１５ろう材層（接合層）

Claims

厚さが０．７ｍｍ以下であるセラミックス基板と、このセラミックス基板の少なくとも一方の主面に接合された金属回路部とを具備するセラミックス回路基板において、上記セラミックス基板の任意の一方向の表面粗さを算術平均粗さ基準でＲａ１とする一方、その方向と直交する方向の表面粗さをＲａ２としたときに、Ｒａ１／Ｒａ２またはＲａ２／Ｒａ１の比の値が１．５以下であると共に、上記セラミックス基板の両面にそれぞれ電極を配置し、この電極間に毎分１０ＫＶの電圧上昇速度で交流電圧を印加したとき、１０ｐＣ（ピコクーロン）の部分放電開始電圧である絶縁耐圧が２０ｋＶ／ｍｍ以上であり、上記セラミックス基板表面に、直径１μｍ以上の脱粒痕が存在しないと共に、上記金属回路部が金属板から成り、この金属板の接合強度が１２ｋＮ／ｍ以上であることを特徴とするセラミックス回路基板。
前記セラミックス基板が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する窒化けい素焼結体から成ることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
前記金属回路部は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，ＡｌおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介して前記セラミックス基板に接合されていることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
前記セラミックス基板の厚さが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
前記セラミックス基板の表面粗さ（Ｒａ１，Ｒａ２）が０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
厚さが０．７ｍｍ以下であるセラミックス基板と、このセラミックス基板の少なくとも一方の主面に接合された金属回路部とを具備するセラミックス回路基板であり、上記セラミックス基板の任意の一方向の表面粗さを算術平均粗さ基準でＲａ１とする一方、その方向と直交する方向の表面粗さをＲａ２としたときに、Ｒａ１／Ｒａ２またはＲａ２／Ｒａ１の比の値が１．５以下であると共に、上記セラミックス基板の両面にそれぞれ電極を配置し、この電極間に毎分１０ＫＶの電圧上昇速度で交流電圧を印加したとき、１０ｐＣ（ピコクーロン）の部分放電開始電圧である絶縁耐圧が２０ｋＶ／ｍｍ以上であり、上記セラミックス基板表面に、直径１μｍ以上の脱粒痕が存在しないと共に、上記金属回路部が金属板から成り、この金属板の接合強度が１２ｋＮ／ｍ以上であるセラミックス回路基板の製造方法において、
上記セラミックス基板にホーニング圧力０．０５〜０．５ＭＰａの範囲で砥粒を吹きつけることにより焼結面をホーニング処理する工程と、
ホーニング処理により付着した砥粒片を除去する工程と、
ホーニング処理面に金属回路部を形成する工程と、を備えることを特徴とするセラミックス回路基板の製造方法。
前記ホーニング処理により付着した砥粒片を除去する工程が超音波洗浄であることを特徴とする請求項６記載のセラミックス回路基板の製造方法。
前記セラミックス基板にはホーニング加工以外の研磨加工を施さないことを特徴とする請求項６記載のセラミックス回路基板の製造方法。